باتری سربی – اسیدی

باتری سربی – اسیدی در سال ۱۸۵۹ توسط فیزیکدان فرانسوی Gaston Planté اختراع شد و قدیمی ترین نوع باتری قابل شارژ است. با وجود داشتن یک نسبت بسیار کم انرژی به وزن و نسبت کم انرژی به حجم ، توانایی اش در تولید جریان موج بالا به این معنی است که باتری دارای نسبت نسبتا بزرگ توان به وزن است. این ویژگی ها همراه با هزینه کم، آنها را برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری مورد توجه قرار می دهد تا جریان بالای مورد نیاز موتورهای شروع کننده خودرو را فراهم کند.

چون در مقایسه با تکنولوژی های جدیدتر، ارزان هستند، باتری های سربی – اسیدی حتی زمانی که جریان موج مهم نیست و طرح های دیگر می توانند تراکم انرژی بیشتری را فراهم کنند، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. در سال ۱۹۹۹ فروش باتری سربی – اسیدی به ۴۰ تا ۴۵ درصد ارزش باتری های به فروش رسیده در سراسر جهان به استثنای چین و روسیه رسید و ارزش بازار تولید آن حدود ۱۵ میلیارد دلار محاسبه گردید.

باتری سربی – اسیدی ۱

تاریخچه

دانشمند فرانسوی نیکلاس گوتهروت در سال ۱۸۰۱ نشان داد که سیم هایی که برای آزمایش های الکترولیز مورد استفاده قرار گرفته اند، مقدار کمی از جریان “ثانویه” را بعد از جدا شدن باتری اصلی ایجاد می کنند. در سال ۱۸۵۹، باتری سربی – اسیدی Gaston Planté اولین باتری ای بود که با عبور جریان معکوس از آن، می توانست شارژ شود.

باتری های او در ابتدا برای چراغ واگن های قطار هنگامی که در یک ایستگاه توقف می کرد، استفاده می شدند.

الکتروشیمی

تخلیه

در حالت تخلیه هر دو صفحات مثبت و منفی به سولفات سرب(II) (PbSO4) تبدیل می شوند، و الکترولیت مقدار زیادی اسید سولفوریک محلول از دست می دهد و عمدتا تبدیل به آب می شود.

باتری سربی – اسیدی ۲

واکنش صفحه منفی

رها شدن دو الکترون، به الکترود سرب شارژ منفی می دهد.

هنگامیکه الکترونها انباشته می شوند، میدان الکتریکی ای ایجاد می کنند که یون های هیدروژن را جذب کرده و یون های سولفات را دفع می کنند.

واکنش صفحه مثبت

کل واکنش را می توان به شکل زیر نوشت:

شارژ

در حالت شارژ کامل(صفحه منفی سرب، صفحه مثبت دی اکسید سرب و الکترولیت سولفوریک اسید)، صفحه منفی حاوی سرب و دی اکسید سرب صفحه مثبت با الکترولیت اسید سولفوریک متمرکزی که اکثر انرژی شیمیایی را ذخیره می کند.

شارژ بیش از حد با ولتاژ شارژ بالا، توسط الکترولیز آب باعث تولید گاز اکسیژن و هیدروژن می شود.

با توجه به پایین آمدن نقطه ی انجماد الکترولیت، به دلیل تخلیه باتری و کاهش غلظت اسید سولفوریک، الکترولیت احتمالا در زمستان در هنگام تخلیه، فریز می شود.

باتری سربی – اسیدی ۳

حرکت یون

در طول تخلیه، H + تولید شده در صفحات منفی به محلول الکترولیت می رود و سپس در صفحه های مثبت مصرف می شود، در حالی که  در هر دو صفحه مصرف می شود. برعکس آن در طول شارژ اتفاق می افتد.

ولتاژ برای استفاده معمول

شارژ باتری IUoU، یک روش شارژ سه مرحله ای برای باتری های سربی – اسیدی است. ولتاژ نظری باتری سربی – اسیدی، ۲ ولت برای هر باتری است. برای یک تک باتری، ولتاژ می تواند از ۱٫۸V بارگیری شده در تخلیه کامل، تا ۲٫۱۰V در یک مدار باز در شارژ کامل باشد. ولتاژ تساوی و ولتاژ شارژ برای باتری های سولفات می تواند از  ۲٫۶۷V تا تقریبا ۳V باشد. (فقط تا زمانی که جریان شارژ جریان دارد) ارزش های ویژه برای یک باتری بستگی به طراحی و توصیه های سازنده دارد و معمولا در دمای پایه ۲۰ درجه سانتیگراد (۶۸ درجه فارنهایت)، نیاز به تنظیم شرایط محیطی دارد.

کاربرد

اکثر باتری های سربی – اسیدی در جهان، باتری های روشن کننده خودرو، روشنایی و احتراق (SLI) با حدود ۳۲۰ میلیون واحد در سال ۱۹۹۹ حمل می شوند. در سال ۱۹۹۲ حدود ۳ میلیون تن سرب در تولید باتری ها استفاده شد.

باتری های مرطوب ایستاده (ثابت) که برای تخلیه عمیق طراحی شده اند، معمولا در منابع بزرگ نیروی پشتیبان برای مراکز تلفن و کامپیوتر، ذخیره سازی انرژی شبکه، و سیستم های قدرت الکتریکی خانگی خارج از شبکه استفاده می شوند.

باتری های کشش (نیرو محرکه) در چرخ دستی های گلف و دیگر وسایل نقلیه الکتریکی باتری استفاده می شوند. باتری های سربی – اسیدی بزرگ نیز برای نیرو بخشیدن به موتورهای الکتریکی در زیردریایی های دیزلی الکتریکی (قراردادی) هنگام غوطه ور شدن استفاده می شوند و همچنین به عنوان نیروی اضطراری در زیردریایی های هسته ای نیز مورد استفاده قرار می گیرند. باتری های سربی – اسیدی در منابع نیروی پشتیبان برای زنگ هشدار و سیستم های کامپیوتری کوچک (به ویژه در منابع برق اضطراریUPS) و در اسکوتر های الکتریکی، ویلچر های الکتریکی، وسایل نقلیه الکتریکی باتری، یا وسایل نقلیه کوچک هیبریدی و موتور سیکلت استفاده می شوند.

باتری های سربی – اسیدی برای تامین ولتاژ دستگاه گرمایشی، با ۲ وات معمول در گیرنده های رادیویی لوله خلاء اولیه مورد استفاده قرار گرفتند.

باتری های قابل حمل برای چراغ کلاه های معدنچیان، معمولا دارای دو یا سه باتری هستند.